报告内容学期项目.docx
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报告内容学期项目
报告内容：
学期项目
项目名称：
简易电子琴
制作班级：
电子09303
指导老师：
陈刘
项目成员：
柳一江、郭晶晶、朱敏、王欢、张华恩、姜小通
报告日期：
2011/6/12
项目目标：
1.用单片机设计一简易电子琴，按下不同按键，能够发出不同的声音。
2.利用4X4矩阵键盘控制从低到高16个音节的输出。
3.数码管显示单元对应每一个键位的显示。
体积小，易于操作。
一、简易电子琴的组成及原理：
☐复位电路：
硬件电路里面单片机的9脚RST直接接高电位，电源接通后复位。
☐时钟电路：
（外接的12Mhz晶振）单片机的18,19脚接外部晶振电路。
☐供电电路：
7805稳压到5v然后供给单片机。
☐数码管显示单元：
一位共阳极数码管。
☐键盘模块：
4×4矩阵键盘。
☐发声模块：
通过9013三极管放大驱动蜂鸣器发声。
本电子琴系统主要包括AT89S52单片机，4x4键盘，发声模块，数码管显示单元。
系统设计
主要的元器件
●AT89S52：
52系列的单片机，电路的核心
●7805L：
这是一个三端稳压器，把9V电源稳5V
●数码管：
一位共阳极数码管。
●矩阵式键盘：
4×4矩阵，非编码键盘
●蜂鸣器
基本原理：
（声音产生原理）
1.音乐产生原理及硬件设计
由于一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。
本次设计中单片机晶振为12MHZ，那么定时器的计数周期为1MHZ，假如选择工作方式1，那T值便为T=216--5﹡105/相应的频率，那么根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计数值，列出不同音符与单片机计数T0相关的计数值如下表所示：
单片机计数T0相关的计数值如下表所示：
按键
音阶
参数
S1
中音do
108
S2
中音re
102
S3
中音mi
91
S4
中音fa
86
S5
中音so
77
S6
中音la
68
S7
中音xi
61
S8
高音do
57
元器件各部分的作用：
一、矩阵式键盘
矩阵式键盘原理
所谓和矩阵式的原理是每条水平线和垂直现在交叉处不直接接通，而是通过一个按键加以连接。
行线通过上拉电阻接到5V上。
当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行，列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。
这是识别按键是否按下的关键。
而然，矩阵键盘中的行线，列线和多个相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线，列线信号配合起来做适当处理，才能确定闭合的位置。
矩阵式键盘的扫描过程
1.判有无键按下。
将行线接至单片机的输入口，列线接至输出口，首先是所有的列线全为低电平，然后读出行线状态，若行线均为高电平，则没有键按下；若读出行线状态不全为高电平，则可以断定有键按下。
2.判断按下的是那一个键。
先让Y0这一列为低电平，其余列线为高电平，读出行线状态，如行线状态不全为“1”，则说明所按键在该列，否则不在该列，然后让Y1列为低电平。
其它列为高电平，判断Y1列有无键按下。
3.键处理。
键处理是根据所按键散转进入相应的功能程序。
二、三端稳压器
7805L
三、数码管显示
对于单个数码管来说，从它的正面看进去，左下角那个脚为1脚，以逆时针方向依次为1~10脚，左上角那个脚便是10脚了。
由第二张图可以看出数码管的3,8管脚接的高电位。
A-7，B-6，C-4，D-3，E-1，F-9，G-10，DP-5.
还有一种方法，是根据数字万用表测的，先把万用表打到二极管档位。
然后红色表笔的一端接3或8管脚，黑色表笔的一端依次测其他的8个脚，可以看出数码管的好坏和对应的管脚。
也可以测共阴，只需对调一下红黑表笔。
电路图
流程图
音乐发声程序框图
软件编写
项目：
可演奏电子琴
//------------------------------------------------------
//在键盘矩阵上模拟演奏电子琴，数码管显示按键号
//------------------------------------------------------
#include
#defineucharunsighedchar
#defineuintunsighedint
//共阳数码管编号
ucharcodeDSY_Table[]=
{0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,//0、1、2、3、4、5、6、7、8
0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xBF};//9、A、B、C、D、E、F、-
//各音符对应的延时
uintcodeTone_Delay_Table[]=
{64021,64103,64400,64524,64580,64684,64777,
64820,64898,64968,65030,65058,65110,65110,65157,65178};
sbitBEEP=P3^0;//蜂鸣器
ucharKeyNo；//按键序号
//------------------------------------------------------
//延时
//------------------------------------------------------
voidDelayMS（ucharx）
{
uchari;
while（x--）for（i=0;i<120;i++）;
}
//------------------------------------------------------
//键盘矩阵扫描子程序
//------------------------------------------------------
voidkey_Scan（）
{
ucharTmp,k;
//高四位置0，放入四行
P1=0x0F；
DelayMS
（2）;
//按键后00001111将变成0000xxxx,x中1个为0,3个仍为1
//下面的异或操作会把3个1变成0，唯一的0变成1
Tmp=P1^0x0F;
//判断按键发生于0~3列的那一项
Switch（Tmp）
{
case1:
k=0;break;
case2:
k=1;break;
case4:
k=2;break;
case8:
k=3;break;
default:
return;//无键按下
}
//低四位置0，放入四列
P1=0xF0;
DelayMS
（2）;
//按键后11110000将变成xxxx0000,x中1个为0,3个仍为1
//下面的表达式会将高四位移至低四位，并将其中唯一的0变为1，其余的为0
Tmp=（P1>>4）^）0x0F;
//对0~3行分别附加起始值0,4,8,12
switch（Tmp）
{
case1:
k+=0;break;
case2:
k+=4;break;
case4:
k+=8;break;
case8:
k+=12;break;
default:
return;
}
KeyNo=k;
}
//------------------------------------------------------
//定时器0中断程序，不同频率的声音由该中断产生
//------------------------------------------------------
voidPlay_Tone（）interrupt1
{
TH0=Tone_Delay_Table[KeyNo]/256;
TH0=Tone_Delay_Table[KeyNo]%256;
BEEP=~BEEP;
}
//------------------------------------------------------
//主程序
//------------------------------------------------------
voidmain（）
{
P0=0xBF;//初始显示“-”
TMOD=0x01;
IE=0x82;
while
（1）
{
P1=0xF0;//发送扫描码
if（p1!
=0xF0）//如果有键按下
{
Keys_Scan（）;//扫描键盘矩阵
P0=DSY_Table[KeyNo];//显示按键
TR0=1;//启动定时器，根据KeyNo发音
}
else
{
TR0=0;//停止播放
}
DelayMS
（2）;
}
}
实物图
元器件清单：
序号
品名
型号规格
配件图号
1
碳膜电阻
RT-0.25—2K
数量×4
2
碳膜电阻
RT-0.25—10K
数量×2
3
排阻
A103J-10K
数量×2
4
发光二极管
LED-3.6V/0.25A（共阳、红色）
数量×1
5
晶振
12Mhz
数量×2
6
瓷介电容
103
数量×4
7
电解电容
CD-16V-10μ
数量×2
8
三极管
9012PNP
数量×1
9
独立式按键
数量×16
10
矩阵式按键
数量×1
11
接插导线
若干
12
数码管
共阳
数量×1
13
插座
IC-40pl（AC封袭）
数量×2
14
插针
若干
15
接插导线
若干
16
电源插头+电源线
17
5V直流稳压
7805LM（三端稳压的）
18
电池
9V
19
印制电路板
PCD板
数量×1
20
AT89C51
数量×1
二、项目实施计划：
1提出计划：
和老师讨论计划的可实施性，制定计划。
2收集资料：
6人分成两组，一组通过网上查阅获得有关资，一组去老师那查找相关资料。
通过收集后整理资料。
（时间：
6/3）
3制作原理图，确定所需元器件：
通过阅读整理的资料后，结合所学知识得出原理图。
依据原理图后到实验室找负责人得到并确认所需的相关元件。
（时间：
1/11）
4装配元器件：
装配元件，制作实物。
（时间：
6/12）
5调试：
制作实物之后，在老师的帮助下进行调试。
（时间：
6/17）
6得出结果：
得出具体结果后，整理成电子文档。
（时间：
6/17-6/20）
三、装配与调试：
调试及故障排除
将单片机烧录好后
板子焊好后，接上5V稳压源，发现板子没有工作。
我们接上示波器观察ALE脚的输出，为1/6Fosc频率
这说明单片机的正常工作，至少有能保证我们的晶振电路也是正常的。
老师说软件到硬件的实现是一个很复杂的过程，没有人一下子就仿真成功就可以立马调出板子，第一次焊好就能正常的可能性为零，要我们从中发现故障的可能性。
老师说：
既然你们的故障，不是出自单片机上，那么你们好好看看输出输到蜂鸣器（负载的波形）
我们先把单片机的P3.0接到示波器观察其波形。
每次按钮的按下，我们能看到一个不同频率从低到高的电压的电压变化的波形，说明送往蜂鸣器的两端都没有反映
排除了焊接上的虚焊和引脚之间的短路发现电路还是驱动不起来，看起来应该是输出的功率不够
改进后的方案
从软件到硬件的实现是一个复杂的过程。
之前的那个方案：
蜂鸣器声音很小，看起来输出的功率不够，我们发现虽然能仿真出来，但是硬件却不是那么简单。
这个是我们的改进方案：
增加了三极管驱动电路调试过程
四、电路性能参数：
方案的比较：
波形调试：
（单片机P3.0输出波形）
输出波形
按键号
△X（HZ）
△Y（V）
1
782
2.8
2
692
2.8
3
618
2.8
4
589
2.8
5
1133
2.8
6
1016
2.8
7
911
2.8
8
859
2.8
9
1640
2.8
10
1474
2.8
A
1326
2.8
B
1185
2.8
C
2228
2.8
D
2137
2.8
F
1937
2.8
G
1721
2.8
第一个键按下所观察的波形
第二个键按下所观察的波形
第三个键按下所观察的波形
第四个键按下所观察的波形
ALE脚的波形（Ale=1/6fosc即单片机的30脚）
检测单片机电路晶振的是否工作正常
总结：
通过这次的学期项目，让我们受益匪浅。
不但让我们对书本知识学有所用，而且还增强了我们的实践能力。
在此次实践中我们还学会并能较熟练的掌握使用电烙铁的基本技能，掌握了部分实验仪器的使用方法。
从这次的项目制作中，体现了我们互帮互助的团队精神，也给了我们师生交流的机会。
我们组会在以后的学习和生活中不断地提高自我、完善自我。
小组分工
1项目方案的构想【设计指标】柳一江
2项目方案的实施【电路图工作原理】郭晶晶
3项目软件的设计【流程图介绍，程序说明】柳一江
4项目的硬件设计参数【矩阵键盘，7805L稳压】【数码管，排阻】朱敏，王欢
5产品的实物制作【焊接电路，单片机程序烧录，故障排除】柳一江
6产品的后期调试【技术方案数据，技术指标的比较】张华恩
7市场调查张华恩，姜小通
8项目报告和PPT制作：
张华恩，朱敏
指导记录
1矩阵式键盘的工作原理及程序中对应的地址。
2输出（蜂鸣器）的驱动电路（通过三极管优化电路）
3按键的判断（软件方向）
4显示单元简化电路。
（用排阻代替电阻）
解决问题
1在了解矩阵式键盘的原理之下，对应各个键的地址线
2通过增加三极管放大电路和驱动电路，优化了输出功率不够的问题
3通过cpu按键的扫描判断，程序上实现各个键的确认
4排阻的使用
电源电路
发声模块
数码管显示单元
AT89S52
晶振12MHZ
复位电路
4x4键盘
升级会员 